DeltaFosB-induktion i Striatal Medium Spiny Neuron Subtypes som svar på kroniska farmakologiska, emotionella och optogenetiska stimuli (2013)

J Neurosci. 2013 Nov 20; 33 (47):18381-95. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1875-13.2013.

Lobo MK, Zaman S, Damez-Werno DM, Koo JW, Bagot RC, Dinieri JA, Nugent A, Finkel E, Chaudhury D, Chandra R, Riberio E, Rabkin J, Mouzon E, Cachope R, Heja JF, Han MH, Dietz DM, Själv DW, Hurd YL, Vialou V, Nestler EJ.

källa

Institutionen för anatomi och neurobiologi, University of Maryland School of Medicine, Baltimore, Maryland 21201, Fishberg Institutionen för neurovetenskap och Friedman Brain Institute, Icahn School of Medicine vid Mount Sinai, New York, New York 10029, Psykiatriska institutioner och Farmakologi och system Therapeutics, Icahn School of Medicine i Mount Sinai, New York, New York 10029, Institutionen för psykiatri, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75390, Institutionen för farmakologi och toxikologi och forskningsinstitutet om missbruk, State University of New York i Buffalo, New York, New York 14214 och Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, U952, Centre National de la Recherche Scientifique, Unité Mixte de Recherche 7224, UPMC, Paris, 75005, Frankrike.

Abstrakt

Transkriptionsfaktorn, ΔFosB, induceras robust och persistent i striatum genom flera kroniska stimuli, såsom missbruk, antipsykotiska läkemedel, naturliga belöningar och stress. Mycket få studier har emellertid undersökt graden av ΔFosB-induktion i de två sub-typerna av spinal neuron (MSN). Vi använder sig av fluorescerande reporter BAC transgena möss för att utvärdera induktion av ΔFosB i dopaminreceptor 1 (D1) berikade och dopaminreceptor 2 (D2) berikade MSN i ventral striatum, nukleär accumbens (NAc) skal och kärna och i dorsalstriatum (dStr ) efter kronisk exponering för flera missbruksmedel inklusive kokain, etanol, Δ (9) -tetrahydrocannabinol och opiater; det antipsykotiska läkemedlet, haloperidol; ungdomsanrikning; sackarosdryck; kaloribegränsning serotoninselektiva reuptake inhibitor antidepressiva medel, fluoxetin; och social nederlag stress. Våra resultat visar att kronisk exponering för många stimuli inducerar ΔFosB i ett MSN-subtyps selektivt mönster över alla tre striatala regioner. För att utforska kretsmedierad induktion av ΔFosB i striatum använder vi optogenetik för att förbättra aktiviteten i limbiska hjärnregioner som skickar synaptiska ingångar till NAc; Dessa regioner inkluderar ventral tegmentalområdet och flera glutamatergiska afferenta regioner: medial prefrontal cortex, amygdala och ventral hippocampus. Dessa optogenetiska förhållanden leder till mycket tydliga mönster av ΔFosB-induktion i MSN-subtyper i NAc-kärnan och skalet. Tillsammans etablerar dessa fynd selektiva mönster av ΔFosB-induktion i striatala MSN-subtyper som svar på kroniska stimuli och ger ny insikt i kretsnivåmekanismerna för ΔFosB-induktion i striatum.

Beskrivning

Kroniska stimuli, inklusive missbruk, antipsykotiska läkemedel, stress och naturliga belöningar, orsakar stabil ackumulering av ΔFosB, en avkortad produkt av FosB gen i striatum (t.ex. Hopp et al., 1994; Hiroi och Graybiel, 1996; Hiroi et al., 1997; Moratalla et al., 1996; Perrotti et al., 2004, 2008; Muller och Unterwald, 2005; McDaid et al., 2006; Teegarden och Bale, 2007; Wallace et al., 2008; Solinas et al., 2009; Vialou et al., 2010, 2011; Kaplan et al., 2011). Denna ackumulering leder till dubbelriktad reglering av många gener av ΔFosB i denna hjärnregion (McClung och Nestler, 2003; Renthal et al., 2008, 2009; Vialou et al., 2010; Robison och Nestler, 2011). Streatum består huvudsakligen av (~95%) av GABAergic projection medium spiny neurons (MSNs), som är segregerade i två subtyper baserat på deras anrikning av många gener, inklusive dopaminreceptor 1 (D1) eller dopaminreceptor 2 (D2) (Gerfen, 1992; Graybiel, 2000; Lobo et al., 2006; Heiman et al., 2008) och genom deras differentialutgångar till olika subkortiska strukturer (Albin et al., 1989; Gerfen, 1992; Kalivas et al., 1993; Graybiel, 2000; Nicola, 2007; Smith et al., 2013). Nyligen har det förekommit en mängd rapporter som demonstrerar distinkta molekylära och funktionella roller hos dessa MSN-subtyper i ventralstriatum (kärnan accumbens [NAc]) och dorsalstriatum (dStr) för att mediera motivations- och motorbeteenden (Lobo och Nestler, 2011; Gittis och Kreitzer, 2012).

Tidigare studier har visat att ΔFosB induceras främst i D1-MSN genom kronisk behandling med kokain eller kronisk hjulkörning, en form av naturlig belöning (Moratalla et al., 1996; Werme et al., 2002; Lee et al., 2006), medan kronisk restriansspänning inducerar ΔFosB i båda MSN-subtyperna (Perrotti et al., 2004). Vidare visar övertygande bevis från celltypsspecifika transgena linjer eller virusmedierad genöverföring att FFB-induktion i D1-MSN ökar beteendets och strukturell plasticitet mot kokain, beteendehantering mot morfin, hjulkörning, matbelöning och motståndskraft mot kroniskt socialt nederlag stress, medan ΔFosB induktion i D2-MSNs reglerar beteendehantering mot hjulkörning (Kelz et al., 1999; Werme et al., 2002; Colby et al., 2003; Olausson et al., 2006; Zachariou et al., 2006; Vialou et al., 2010; Grueter et al., 2013; Robison et al., 2013).

Med tanke på den avgörande rollen för ΔFosB för att reglera dessa kroniska motivationsstimuli, med olika effekter i D1-MSNs mot D2-MSN, utför vi här en omfattande studie om mönster av ΔFosB induktion i MSN-subtyper genom flera kroniska stimuli, inklusive kronisk exponering för droger av missbruk, kronisk behandling med ett antipsykotiskt läkemedel, kronisk exponering för förändrade miljö- och aptitiva stimuli, kronisk social nederlagsspänning och kronisk behandling med ett antidepressivt medel. För att förstå kretsmekanismerna som styr ΔFosB-induktion i striatum av flera afferenta limbiska hjärnområden använder vi optogenetiska tekniker för att upprepade gånger aktivera cellkroppar i dopaminerga eller glutamatergiska afferenta hjärnområden och undersöka den resulterande ΔFosB-induktionen i MSN-subtyper. Våra resultat ger en ny inblick i induktionen av ΔFosB i striatal D1-MSNs och D2-MSNs genom kroniska stimuli och visar för första gången den kretsförmedlade induktionen av ΔFosB i striatum och inom selektiva MSN-subtyper.

Material och metoder

Djur.

D1-GFP or D2-GFP hemizygotiska möss (Gong et al., 2003) på en C57BL / 6-bakgrund upprätthölls på en 12 h ljus mörk cykel med AD libitum mat och vatten. Alla studier genomfördes i enlighet med de riktlinjer som inrättats av institutionella djurvård och användningskommittéer vid University of Maryland School of Medicine och Icahn School of Medicine på Mount Sinai. Manliga möss (ålder 8 veckor) användes för alla experiment. Alla möss perfuserades och hjärnor samlades under eftermiddagen av ljuscykeln. Hemizygote D1-GFP och D2-GFP möss på en C57BL / 6- eller FVB / N-bakgrund har visat sig vara ekvivalenta med vildtypsmus med avseende på beteende, fysiologi hos D1-MSN och D2-MSN, och utveckling av MSN: erna (Lobo et al., 2006; Chan et al., 2012; Nelson et al., 2012). Dessutom är de övergripande mönster av FFB-induktion som ses i denna studie jämförbara med de som ses i vildtypsdjur med selektiva verktyg av icke-celltyp (t.ex. Perrotti et al., 2004, 2008).

Kokainbehandling.

D1-GFP (n = 4 per behandling) och D2-GFP (n = 4 per behandling) möss fick 7 dagliga intraperitoneala injektioner av kokain (20 mg / kg) eller 0.9% saltlösning i hemburet. För 1- eller 3-d-kokain (20 mg / kg) -injektioner fick möss 6 eller 4 d av 0.9% saltlösningsinjektioner följt av 1 respektive 3 d av kokaininjektioner. Alla möss perfunderades 24 h efter den sista injektionen. Denna dos kokain valdes utifrån tidigare studier (t.ex. Maze et al., 2010).

Haloperidolbehandling.

D1-GFP (n = 3 eller 4 per behandling) och D2-GFP (n = 4 per behandling) möss fick haloperidol (2 mg / kg) i dricksvattnet, pH 6.0 (Narayan et al., 2007) eller vanligt dricksvatten, pH 6.0, för 3 veckor (21 d). Möss perfunderades på dag 22.

Morfinbehandling.

D2-GFP möss (n = 4 eller 5 per behandling) korta bedövades med isofluran och fick subkutana implantat av morfin (25 mg) eller sham pellets på dag 1 och dag 3 som tidigare beskrivits (Mazei-Robison et al., 2011). Möss perfunderades på dag 5.

Etanolbehandling.

D2-GFP möss (n = 4 eller 5 per behandling) exponerades för 10% etanol (EtOH), en dos som C57BL / 6 har visat sig dricka (Yoneyama et al., 2008). Möss fick ett flaskvalsprov för 10% EtOH (flaska A) och vatten (flaska B), medan D2-GFP kontrollerar mottaget vatten i båda flaskorna (flaska A och B) för 10 d. Alla möss som mottog EtOH-flaskor uppvisade en preferens för EtOH som beräknat genom (100 × flaska A volym / [flaska A volym + flaska B volym]). Möss som fick 10% EtOH-flaskan förbrukade signifikant mer EtOH jämfört med vatten, medan möss som mottog vatten i båda flaskorna visade ingen skillnad i flytande förbrukning. På kvällen på dagen 10 fick alla möss normalt dricksvatten och perfusionerades på dag 11.

A (9) -tetrahydrocannabinol (A (9) -THC) -behandling.

D2-GFP (n = 3 per behandling) möss fick intraperitoneala injektioner av Δ (9) -THC (10 mg / kg) eller vehikel (0.9% saltlösning med 0.3% Tween) två gånger om dagen för 7 d (Perrotti et al., 2008). Möss perfunderades 24 h efter den sista injektionen.

Kokain självadministration.

D2-GFP möss (n = 4 eller 5 per behandling) utbildades initialt till häftpress för 20 mg sackarospellets på ett fastförhållande 1 (FR1) förstärkningschema tills ett förvärvskriterium för 30 sackarospellets konsumeras för 3 konsekutiva testdagar uppnåddes enligt standardprocedurer (Larson et al., 2010). Möss som lärde sig att häva pressen implanterades kirurgiskt med en intravenös jugulärt kateter för att möjliggöra efterföljande kokain intravenös administrering. En vecka efter operationen introducerades möss till självadministrationsparadigmet under 2 h dagliga sessioner på ett FR1-schema av förstärkning. Självadministrationsutrustning (Med Associates) programmerades så att ett svar på den aktiva hävarmen resulterade i leverans (över 2.5 s) av kokain (0.5 mg / kg / infusion per korrekt spakspresse), medan ett svar på den inaktiva armen hade ingen programmerad konsekvens. Möss självadministrerad kokain på ett FR1 schema i dagliga 2 h sessioner, 5 d per vecka, för 3 veckor. D2-GFP möss som fick 0.9% saltlösningsinjektioner under motsvarande tidsperiod användes som kontroller. Möss perfunderades 24 h efter den sista kokain- eller saltlösningsadministrationen.

Heroin självadministration.

Innan heroin självadministration, D2-GFP möss (n = 4 per behandling) utbildades till spakpress för chokladpellets (BioServ, Dustless Precision Pellets) i sju 1 h dagliga sessioner. Möss som lärde sig att häva press implanterades kirurgiskt med en intravenös jugulärt kateter för att möjliggöra efterföljande heroin intravenös administrering. En vecka efter operationen introducerades möss till självadministrationsparadigmet under 3 h dagliga sessioner på ett FR1-schema av förstärkning enligt standardprocedurer (Navarro et al., 2001). Självadministrationsutrustning (Med Associates) programmerades så att ett svar på den aktiva hävarmen resulterade i leverans (över 5 s) av heroin (30 μg / kg / injektion, NIDA Drug Supply Program), medan ett svar på det inaktiva hävarmen hade ingen programmerad konsekvens. Djur fick tillgång till det självinförda förfarandet för heroin för 14 d. D2-GFP möss som fick 0.9% saltlösningsinjektioner under motsvarande tidsperiod användes som kontroller. Möss perfunderades 24 h efter den sista heroin- eller saltlösningsanvändningen.

Juvenil miljöanrikning.

D2-GFP (n = 4 per grupp) möss avgick till en berikad miljö eller normala bostadsförhållanden vid postnatalt dag 21 (P21) med hjälp av ett paradigm anpassat från råttor (Green et al., 2010). Den berikade miljön bestod av en större hamsterbur med anrik-o-cob sängkläder (Andersons Laboratory sängkläder) fyllda med anrikningsanordningar som inkluderade mus tunnlar, kupol och hjul, krypskulor, hytter (Bio Serv) och andra leksaker. Möss kvar i bostadsförhållandena för 4 veckor tills P50 och perfusionerades därefter.

Sackarosbehandling.

D2-GFP möss (n = 4 eller 5 per behandling) fick ett tvåflaskvalsprov för 10% sackaros som liknar en tidigare studie (Wallace et al., 2008). Möss fick 10% sackaros (flaska A) och vatten (flaska B), medan D2-GFP kontrollerar mottaget vatten i båda flaskorna för 10 d. Alla möss som mottog sackarosflaskor uppvisade en preferens för sackaros, beräknad genom (100 × flaska A volym / flaska A volym + flaska B volym). Möss som fick 10% sackarosflaskan förbrukade signifikant mer sackaros jämfört med vatten, medan möss som mottog vatten i båda flaskorna visade ingen skillnad i flytande konsumtion. På kvällen på dagen 10 fick alla möss normalt dricksvatten och perfusionerades på dag 11.

Kaloribegränsning.

D2-GFP möss (n = 4 per genotyp) gick igenom ett kaloribegränsningsprotokoll, där de fick 60% av AD libitum kalorier dagligen (Vialou et al., 2011) för 10 d. D2-GFP kontrollmöss fick full tillgång till chow. På kvällen på dagen 10 fick alla möss fullständig tillgång till chow och perfuserades på dag 11.

Socialt nederlag stress.

D2-GFP möss (n = 4 eller 5 per grupp) genomgick 10 d för social nederlagsspänning som beskrivits tidigare (Berton et al., 2006; Krishnan et al., 2007). Möss utsattes för aggressiva CD1 pensionerade uppfödare för 5 min i en stor hamsterbur. Mössen hölls sedan för 24 h i samma bur på den andra sidan av en perforerad delare för att upprätthålla sensorisk kontakt. Nästa dag utsattes möss för en ny CD1-mus under samma förhållanden och boende. Detta upprepades för 10 d med en ny CD1 varje dag. Kontrollmöss hölls under liknande betingelser utan nederlagsspänning. Möss testades för social interaktion på dag 11. Möss testades först för tiden som spenderades i interaktion med en ny kammare i en öppen fältlåda utan att någon annan mus var närvarande (inget mål) och därefter testades därefter för tid förbrukad med en ny CD1-mus (mål) som fanns kvar bakom kammaren (Berton et al., 2006; Krishnan et al., 2007). Mössen segregerades i mottagliga eller fjädrande grupper baserat på parametrar som tidigare beskrivits (Krishnan et al., 2007). Detta inkluderade den totala tiden som spenderades med den nya musen och interaktionsförhållandet: (tid spenderad med mål / tid utan mål) × 100. Denna åtgärd har visat sig på ett tillförlitligt sätt identifiera mottagliga och fjädrande grupper och är starkt korrelerat med andra beteendemässiga skillnader (Krishnan et al., 2007). Alla möss perfuserades 24 h efter det sociala interaktionstestet (48 h efter den senaste sociala nederlagssekvensen).

Fluoxetinbehandling.

D2-GFP möss (n = 3 eller 4 per grupp) fick 14 dagliga intraperitoneala injektioner av fluoxetin (20 mg / kg) eller vehikel (0.9% saltlösning med 10% cyklodextrin) (Berton et al., 2006). Möss perfunderades 24 h efter den sista injektionen.

Stereotaxisk kirurgi.

D2-GFP möss bedövades med ketamin (100 mg / kg) / xylazin (10 mg / kg), placerade i ett stereotaxiskt instrument med liten djur och deras skalleyta exponerades. Trettiotre gauge-sprutnålar användes för att ensidigt infiltrera 0.5-1 μl med en hastighet av 0.1 μl per minut av virus bilateralt in i ventral tegmental area (VTA), medial prefrontal cortex (mPFC), amygdala eller ventral hippocampus ( vHippo). AAV [adeno-associerat virus] -hSyn-ChR2 [kanalrhodopsin 2] -EYFP eller AAV-hSyn-EYFP infunderades i VTA av D2-GFP möss (n = 5 per grupp) vid stereotaxiska koordinater (främre-posterior, -3.3 mm, lateral-medial, 0.5 mm, dorsal-ventral, -4.4 mm, 0 ° vinkel). Detta följdes av bilateral kanyl (26-mätare) med en längd av 3.9 mm, implantation över VTA (främre-posterior, -3.3 mm, lateral-medial, 0.5 mm, dorsal ventral, -3.7 mm) (Koo et al., 2012; Chaudhury et al., 2013). AAV-CaMKII-ChR2-mCherry eller AAV-CaMKII-mCherry injicerades i mPFC (n = 4 eller 5 per grupp), amygdala (n = 3 eller 4 per grupp) eller vHippo (n = 3 eller 4 per grupp) av D2-GFP möss följt av implantation av 105 ^ im kroniska implanterbara optiska fibrer (Sparta et al., 2011). Koordinater var följande: mPFC (infralimbic riktade sig, men vi observerade spridning av virus till prelimbiska regioner: anterior-posterior, 1.7 mm, lateral-medial, 0.75 mm, dorsal-ventral, -2.5 mm, 15 ° vinkel) och optisk fiber (dorsalt ventral, -2.1 mm); amygdala (basolateral amygdala målades, men vi observerade spridning av virus i amygdalaens centrala kärna, främre-posterior, -1.6 mm, lateral-medial, 3.1 mm, dorsal-ventral, -4.9 mm, 0 ° vinkel) och optisk fiber (dorsal-ventral, -4.9 mm); vhippo (ventral subikulum riktade sig, men vi observerade spridning av virus i andra regioner av ventral hippocampus, anterior-posterior, -3.9 mm, lateral-medial, 3.0 mm, dorsal-ventral, -5.0 mm, 0 ° vinkel) och optisk fiber (dorsal ventral, -4.6 mm).

Optogenetiska förhållanden.

För in vivo- optisk kontroll av VTA-neuronbränning, en 200 μm kärnoptisk fiberplåstringsledning modifierades för fastsättning i kanylen. När fibern fästes på kanylen förlängdes fiberns spets ~0.5 mm bortom kanylen (Lobo et al., 2010; Chaudhury et al., 2013). För in vivo- Optisk kontroll av mPFC, amygdala och vHippo-neuronavfyring, en 62.5 μm delad fiberpatchkabel fästes på implantatfibrerna (Sparta et al., 2011). Optiska fibrer fästes via en FC / PC-adapter till en 473 nm blålaserdiod (Crystal Lasers, BCL-473-050-M) och ljuspulser genererades genom en stimulator (Agilent, 33220A). För VTA, blå ljus (473 nm) faspulser, 20 Hz för 40 ms (Chaudhury et al., 2013), levererades för 10 min en dag över 5 d. För mPFC, amygdala och vHippo, blått ljus (473 nm) pulser, 20 Hz för 30 s, levererades för 10 min per dag för 5 d. Lätt leverans uppstod i hemburet, och alla möss perfuserades 24 h efter den sista ljusstimuleringen.

In vitro patch-clamp elektrophysiology.

Hela cellinspelningar erhölls från VTA-dopaminneuroner eller mPFC-glutamatergiska neuroner i akuta hjärnskivor från möss injicerade med virus noterade ovan. Skivinspelningar utfördes på möss med nr in vivo- stimulering, men med 1 d av skivstimulering (1 d) eller 4 d av in vivo- stimulering och 1 d av skivstimulering (5 d). För att minimera stress och för att få friska skivor bedövades mössen omedelbart efter att ha kommit till elektrofysiologin och perfunderades för 40-60 s med iskall aCSF, som innehöll 128 mm NaCl, 3 mm KCl, 1.25 mm NaH2PO4, 10 mm d-glukos, 24 mm NaHCO3, 2 mm CaCl2, och 2 mm MgCl2 (oxygenerad med 95% O2 och 5% CO2, pH 7.4, 295-305 mOsm). Akuta hjärnskivor innehållande mPFC eller VTA skars med användning av en microslicer (Ted Pella) i kall sackaros-aCSF, vilken härleddes genom fullständig ersättning av NaCl med 254 mm sackaros och mättad med 95% O2 och 5% CO2. Skivor bibehölls i en hållarkammare med aCSF för 1 h vid 37 ° C. Patchpipetter (3-5 MΩ), för helcellsström, fylldes med intern lösning innehållande följande: 115 mm kaliumglukonat, 20 mm KCl, 1.5 mm MgCl2, 10 mm fosfatreatin, 10 mm HEPES, 2 mm magnesium ATP och 0.5 mm GTP (pH 7.2, 285 mOsm). Whole-cellinspelningar utfördes med användning av aCSF vid 34 ° C (flödeshastighet = 2.5 ml / min). Blåljuståg (20 Hz för mPFC eller phasic 20 Hz, 40 ms för VTA) genererades av en stimulator ansluten via en FC / PC-adapter till en 473 nm-blålaserdiod (OEM) och levereras till mPFC och VTA-skivor via en 200 μm optisk fiber. Aktuella klämprov utfördes med användning av multiclamp 700B-förstärkaren och datainsamling utfördes i pClamp 10 (Molecular Devices). Seriemotståndet övervakades under experimenten och membranströmmar och spänningar filtrerades vid 3 kHz (Bessel filter).

Immunohistokemi.

Mössen bedövades med klorhydrat och perfusionerades med 0.1 m PBS följt av 4% paraformaldehyd i PBS. Hjärnor postfixerades i 4% paraformaldehyd över natten och sedan cyropreserverades i 30% sackaros. Hjärnor delades på en kryostat (Leica) vid 35 / im i PBS med 0.1% natriumazid. För immunhistokemi blockerades sektionerna i 3% normalt åsneserum med 0.01% Triton-X i PBS för 1 h på skakan vid rumstemperatur. Sektioner inkuberades sedan i primära antikroppar i blocket över natten på skakan vid rumstemperatur. De använda antikropparna var följande: kanin anti-FosB (1: 2000, katalog # sc-48, Santa Cruz-bioteknik), mus anti-NeuN (1: 1000, katalog # MAB377, Millipore), kyckling anti-GFP (1: 5000 , katalog # 10-20, Aves) och kanin-anti-CREB (cAMP-responselementbindande protein; 1: 1000, katalog # 06-863, Millipore). Nästa dag sköljdes sektionerna i PBS följt av en 1h-inkubation i sekundära antikroppar: Antis-kanin Cy3, åsna-anti-mus Cy5 och åsna-anti-kyckling DyLight-488 eller Alexa-488 (Jackson ImmunoResearch Laboratories). För immunhistokemi med mCherry och tyrosinhydroxylas utfördes försök som tidigare beskrivits (Lobo et al., 2010; Mazei-Robison et al., 2011). Sektioner sköljdes i PBS, monterade på glidbanor och täckte.

Bildbehandling och cellräkning.

Immunofluorescens avbildades på ett Zeiss Axioskop eller Olympus Bx61 konfokalmikroskop. Cellräkning utfördes med ImageJ-programvara. Bilder provtagning bregma 1.42-1.1 av NAc (kärna och skal) och dorsalstriatum togs från 2 eller 3 hjärnsektioner / djur (se Fig 1A). Totalt 400-500-celler räknades per hjärnregion per mus med användning av 250 μm × 250 μm bilder. Celler räknades med hjälp av ImageJ-mjukvara som liknar en tidigare studie (Lobo et al., 2010). Cirka 400-500 totala NeuN-celler räknades per hjärnområde per mus, och sedan antalet GFP+, GFP+: ΔFosB+, GFP-, och GFP-: ΔFosB+ celler räknades i varje region. Data kvantifierades enligt följande: (GFP+: ΔFosB+ neuroner × 100%) / (total GFP+ neuroner) och (GFP-: ΔFosB+ neuroner × 100%) / (total GFP- neuroner). Statistiska analyser utfördes med användning av GraphPad Prism-mjukvara. Tvåvägs ANOVA följt av Bonferroni-posttester användes för alla cellräkningsanalyser.

Figur 1.  

Kronisk kokain inducerar selektivt ΔFosB i D1-MSN i striatala regioner. A, Striatalsektioner från bregma + 1.42 till + 1.10 användes för cellräkning. Bild av a D2-GFP striatal avsnitt visar de tre striatala regionerna som studerats: NAc-kärnan, .

Resultat

ΔFosB induceras differentiellt i D1-MSNs och D2-MSNs efter upprepad exponering för kokain kontra haloperidol

Vi undersökte först ΔFosB induktion i MSN-subtyper i D1-GFP och D2-GFP möss som använder kroniska kokainbetingelser som tidigare visat sig företrädesvis inducera ΔFosB-protein i D1-MSNs (Moratalla et al., 1996). D1-GFP och D2-GFP BAC-transgena möss, vilka uttrycker förstärkt grönt fluorescerande protein under D1- eller D2-receptorgenen (Fig 1A), fick intraperitoneala injektioner av kokain (20 mg / kg) eller saltlösning för 7 d och hjärnor samlades 24 h efter den slutliga injektionen (Fig 1B). Vi utförde sedan immunohistokemi på hjärnprofiler med antikroppar mot NeuN, GFP eller FosB och avbildade och räknade celler i NAc-kärnan, NAc-skalet och dStr (dStrFig 1A,C). Medan anti-FosB-antikroppen igenkänner FosB och FFosB i full längd har många studier med användning av Western blotting eller immunohistokemi bekräftat att ΔFosB är den enda detekterbara arten som är närvarande vid 24 h-borttagningstidpunkten (t.ex. Perrotti et al., 2008). Vi använde därför 24 h eller längre tidpunkt för att samla hjärnor efter alla förhållanden i denna studie för att säkerställa att vi endast detekterar ΔFosB. Eftersom striatala MSN innefattar ~95% av alla neuroner i striatum, använde vi NeuN immunolabeling för att identifiera GFP- neuroner, som berikas i den motsatta MSN-subtypen (dvs D2-MSNs i D1-GFP möss och D1-MSN i D2-GFP möss). Vi hittade det D1-GFP möss som behandlas med kokain visar en signifikant induktion av ΔFosB i GFP+/ NeuN+ neuroner (D1-MSNs) i NAc-kärnan, NAc-skalet och dStr, medan GFP-/ NeuN+ celler (D2-MSNs) visade ingen signifikant induktion av ΔFosB i alla striatala regioner (Fig 1D): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: läkemedel × celltyp F(1,12) = 16.41, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01; NAc-skal: läkemedel × celltyp F(1,12) = 12.41, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.001; dStr: läkemedel × celltyp F(1,12) = 12.07, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01. I överensstämmelse med dessa resultat observerade vi i D2-GFP möss ingen signifikant induktion av ΔFosB i GFP+/ NeuN+ neuroner (D2-MSNs) men en signifikant induktion av ΔFosB i GFP-/ NeuN+ (D1-MSN) i alla striatala regioner efter kokainbehandling (Fig 1D): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: läkemedel × celltyp F(1,12) = 15.76, p <0.01, Bonferroni-posttest: p <0.0001; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,12) = 20.33, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01; dStr: läkemedel × celltyp: F(1,12) = 35.96, p <0.01, Bonferroni-posttest: p <0.001. Vi undersökte kinetiken för ΔFosB-induktion i MSN efter 1, 3 eller 7 d kokaininjektioner (20 mg / kg, ip). Vi observerade en signifikant induktion av ΔFosB i D1-MSN med 3 eller 7 d kokainbehandling jämfört med saltlösning i alla striatala regioner (Fig 1F): representativt diagram från dStr; tvåvägs ANOVA, celltyp × dag F(2,13) = 17.87, p <0.01, Bonferroni-posttest: p <0.01, p <0.001. Detta överensstämmer med tidsförloppet för ΔFosB-ackumulering i striatum sett tidigare genom Western blotting (Hopp et al., 1994) och bekräftar selektiv induktion av ΔFosB enbart i D1-MSNs under en kurs av kokainexponering.

Vi undersökte därefter ΔFosB induktion genom immunhistokemi i MSN-subtyper efter kronisk exponering för haloperidol (Fig 2). Tidigare arbete föreslog indirekt att kronisk haloperidol kan inducera ΔFosB företrädesvis i D2-MSN (Hiroi och Graybiel, 1996; Atkins et al., 1999), även om detta hittills inte har undersökts direkt. D1-GFP och D2-GFP möss fick haloperidol (2 mg / kg) i dricksvattnet, pH 6.0, medan D1-GFP och D2-GFP kontrollmöss fick regelbundet dricksvatten, pH 6.0, för 21 d (3 veckor) och hjärnor samlades på dag 22 (Fig 2A). Liksom med kokain vet vi att all FosB-liknande immunoreaktivitet i striatum vid denna tidpunkt representerar ΔFosB, inte FosB i full längd (Atkins et al., 1999). Vi hittade det D1-GFP möss som mottog haloperidol uppvisade ingen signifikant induktion av ΔFosB i GFP+/ NeuN+ neuroner (D1-MSNs) i NAc-kärna, NAc-skal eller dStr; emellertid observerades en signifikant ökning av ΔFosB i GFP-/ NeuN+ neuroner (D2-MSNs) i alla striatala regioner (Fig 2B,C): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: läkemedel × celltyp: F(1,10) = 23.29, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01; NAc-skal: läkemedel: läkemedel × celltyp: F(1,10) = 30.14, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01; dStr: läkemedel × celltyp: F(1,10) = 37.63, p <0.001, Bonferroni-posttest: p <0.0001. Detta bekräftades genom undersökning av D2-GFP möss: vi observerade en signifikant induktion av FosB i GFP+/ NeuN+ neuroner (D2-MSNs) i alla tre striatala regioner, men ingen signifikant förändring i ΔFosB i GFP-/ NeuN+ (D1-MSNs) efter behandling med haloperidol (Fig 2B,C): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: läkemedel × celltyp: F(1,12) = 24.30, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.05; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,12) = 26.07, p <0.01, Bonferroni-posttest: p <0.001; dStr: läkemedel × celltyp: F(1,12) = 21.36, p <0.01, Bonferroni-posttest: p <0.01. Med tanke på att vi observerade ett liknande mönster av ΔFosB-induktion i D1-MSN genom upprepad kokainexponering i båda D1-GFP (GFP+/ NeuN+) Och D2-GFP (GFP-/ NeuN+) möss och genom upprepad haloperidol i D2-MSNs i D1-GFP (GFP-/ NeuN+) Och D2-GFP (GFP+/ NeuN+) möss, återstoden av våra experiment som används D2-GFP möss för att undersöka ΔFosB induktion i D1-MSNs (GFP-/ NeuN+) och D2-MSNs (GFP+/ NeuN+) efter andra kroniska stimuli.

Figur 2.  

Kronisk haloperidol inducerar selektivt AFosB i D2-MSN i striatala regioner. A, Tidskurs för 21 d behandling av haloperidol (2 mg / kg, i dricksvattnet) eller vatten. B, Immunohistokemi av NAc-skal av D1-GFP och D2-GFP möss efter haloperidol .

Som kontroll undersökte vi nivåer av CREB-uttryck i kokain- och haloperidolbetingelserna för att bestämma huruvida våra resultat kunde generaliseras till andra transkriptionsfaktorer (Fig 3). Vi observerade ingen signifikant skillnad i CREB-uttryck mellan kontroll- och läkemedelsbehandlade möss. Vidare observerade vi ingen skillnad i CREB-nivåer mellan D2-MSN och D1-MSN (Fig 3B,C).

Figur 3.  

Kronisk kokain eller haloperidol inducerar inte CREB i MSN-subtyper. A, Immunostaining för CREB och GFP i striatum av D2-GFP möss efter kronisk kokain eller kronisk haloperidol (Fig 1 och and22 legender för drogbehandlingar). Skala bar, 50 μm. .

Distinkta mönster av ΔFosB-induktion i MSN-subtyper av missbruksmedel

Eftersom tidigare studier har visat att andra missbruksmedel kan potentiellt inducera ΔFosB i striatala subregioner (Perrotti et al., 2008) undersökte vi ΔFosB i MSN-subtyper efter kronisk exponering för opiater, EtOH eller A (9) -THC. Vi undersökte först om kronisk morfinexponering inducerar ΔFosB i specifika MSN-subtyper över striatala regioner. D2-GFP möss fick två subkutana implantat av en skam eller morfin (25 mg) pellet på dagarna 1 och 3, och hjärnor samlades på dag 5 (Fig 4A) när ΔFosB, men inte FosB, induceras (Zachariou et al., 2006). I slående motsats till kokain visade båda MSN-subtyperna en signifikant (och ungefär jämförbar) ökning av ΔFosB i NAc-kärnan, NAc-skalet och dStr i morfingruppen jämfört med sham-kontroller, utan induktion av differenscells-subtyp av ΔFosB ses över alla striatala regioner (Fig 4A): tvåvägs ANOVA; NAc kärna: läkemedel F(1,14) = 75.01, p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.01 (D2-MSN), p <0.001 (D1-MSN); NAc-skal: läkemedel F(1,14) = 62.87, p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.01 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN); dStr: läkemedel F(1,14) = 60.11, p <0.001, Bonferroni-posttest: p <0.01 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN).

Figur 4.  

Narkotika av övergrepp inducerar ΔFosB i MSN-subtyper i striatala regioner. A, Kronisk morfinbehandling (25 mg pellets på dagar 1 och 3) i D2-GFP möss resulterar i signifikant induktion av ΔFosB i båda MSN-subtyperna i NAc-kärnan, NAc-skalet och dStr .

Vi undersökte därefter mönstret för induktion av ΔFosB i MSN-subtyper efter kronisk exponering för EtOH. D2-GFP möss fick ett tvåflaskvalsprov för 10% EtOH (flaska A) och vatten (flaska B), medan D2-GFP kontrollerar mottaget vatten i båda flaskorna (flaskor A och B), för 10 d och hjärnor samlades på dag 11 (Fig 4B). Möss som fick 10% EtOH-flaskan förbrukade signifikant mer EtOH jämfört med vatten, medan möss som mottog vatten i båda flaskorna visade ingen skillnad i flytande förbrukning (Fig 4B): preferens för flaska A-vattengrupp: 50.00 ± 4.551%, EtOH-grupp: 84.44 ± 8.511%; Studentens t test, p <0.05. Kronisk EtOH-administrering resulterade i en signifikant induktion av ΔFosB selektivt i D1-MSN i NAc-kärnan, NAc-skalet och dStr, utan någon förändring i D2-MSN (Fig 4B): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: läkemedel × celltyp: F(1,14) = 24.58, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.05; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,14) = 36.51, p <0.01, Bonferroni-posttest: p <0.01; dStr: läkemedel × celltyp: F(1,14) = 29.03, p <0.01, Bonferroni-posttest: p <0.01.

D2-GFP möss behandlades också med Δ (9) -THC (10 mg / kg, ip) två gånger dagligen för 7 d, och hjärnor samlades 24 h efter den sista injektionen. På samma sätt som kokain- och EtOH-förhållandena observerades en signifikant ökning av ΔFosB selektivt i D1-MSN i alla striatala regioner hos möss som fick kronisk A (9) -THC (XNUMX) -THC (Fig 3E): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: läkemedel × celltyp F(1,8) = 26.37, p <0.01, Bonferroni-posttest: p <0.01; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,8) = 44.49, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.001; dStr: läkemedel × celltyp F(1,8) = 29.30, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01.

Vi undersökte därefter huruvida det observerade mönstret av ΔFosB-induktion i MSN-subtyper genom undersökande administrering av kokain eller opiater förekommer i kontingentparamigmer där möss fullständigt själv administrerar läkemedlet. Först, D2-GFP möss utbildades för att själv administrera kokain (0.5 mg / kg / infusion) på ett FR1 schema för 2 ha dag för 3 veckor och hjärnor samlades 24 h efter den sista infusionen (Fig 4D), då ΔFosB, men inte FosB, är känt att induceras (Larson et al., 2010). Möss spenderade betydligt mer tid på att trycka på den aktiva mot inaktiva armen (Fig 4D; Studentens t test, p <0.01). Den genomsnittliga dagliga dosen av kokain var 19.1 mg / kg intravenöst (Fig 4D), som liknar den intravenösa dosen 20 mg / kg som användes ovan (Fig 1). Liksom vid icke-bestående kokainexponering (Fig 1) fann vi att kokain självadministration orsakade en signifikant induktion av ΔFosB endast i D1-MSN i alla striatala regioner jämfört med saltlösningsexponering (Fig 4D): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: läkemedel × celltyp F(1,14) = 21.75, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,14) = 26.52, p <0.01, Bonferroni-posttest: p <0.01; dStr: läkemedel × celltyp F(1,14) = 33.68, p <0.001, Bonferroni-posttest: p <0.001. På liknande sätt som icke-kontingent opiat (morfin) exponering (Fig 4A), fann vi det D2-GFP möss som självadministrerad heroin (30 μg / kg per infusion), på en FR1 schema 3 ha dag för 2-veckor som undersöktes 24 h efter den senaste exponeringen av läkemedel visade signifikant ΔFosB-induktion i både D2-MSN och D1-MSN i alla striatala regioner (Fig 4E): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: läkemedel F(1,12) = 68.88, p <0.001, Bonferroni-posttest: p <0.01 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN); NAc-skal: läkemedel F(1,12) = 80.08, p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.01 (D2-MSN), p <0.001 (D1-MSN); dStr: läkemedel F(1,12) = 63.36, p <0.001, Bonferroni-posttest: p < 0.05 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN). Den genomsnittliga dagliga dosen för heroin var 0.459 mg / kg och möss spenderade betydligt mer tid på att trycka på den aktiva kontra inaktiva spaken (Studentens t test, p <0.05) (Fig 4E).

Miljöanrikning och aptitstimuler inducerar ΔFosB i både D1-MSN och D2-MSNs

Eftersom tidigare studier visat att naturliga belöningar inducerar ΔFosB i striatala regioner (Werme et al., 2002; Teegarden och Bale, 2007; Wallace et al., 2008; Solinas et al., 2009; Vialou et al., 2011), med induktion med hjul som körs selektivt för D1-MSNs (Werme et al., 2002) undersökte vi huruvida induktion med andra naturliga fördelar visade cellulär specificitet. Vi använde först ett ungdomsberikningsparadigm där D2-GFP möss hölls i en berikad miljö från avvänjning (3 veckor) under en 4-vecka (Fig 5A). Detta tillvägagångssätt visade sig tidigare att inducera ΔFosB i mus NAc och dStr (Solinas et al., 2009; Lehmann och Herkenham, 2011). Jämfört med normala bostadsförhållanden ökade den berikade miljön ΔFosB i alla striatala regioner, men gjorde inte det på ett celltypsspecifikt sätt, med jämförbar induktion som ses i D1-MSNs och D2-MSNs (Fig 5A): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: miljö F(1,12) = 89.13, p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.0001 (D2-MSN), p <0.0001 (D1-MSN); NAc-skal: miljö F(1,12) = 80.50, p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.001 (D2-MSN), p <0.001 (D1-MSN); dStr: miljö F(1,12) = 56.42, p <0.01, Bonferroni-posttest: p <0.05 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN).

Figur 5.  

Miljöanrikning och aptitstimuler inducerar ΔFosB i båda MSN-subtyperna. A, D2-GFP möss som hölls i en berikad miljö som börjar vid P21 för 4 veckor uppvisar induktion av ΔFosB i båda MSN-subtyperna över alla striatala .

Vi undersökte därefter ΔFosB-uttryck i MSN-subtyper efter kronisk aptitiva stimuli. Vi testade först effekterna av kronisk sackarosdryck, som tidigare visat sig inducera ΔFosB i råtta NAc (Wallace et al., 2008). D2-GFP möss fick ett tvåflaskvalsprov för 10% sackaros (flaska A) och vatten (flaska B), medan D2-GFP kontrollerar mottaget vatten i båda flaskorna (flaska A och B) för 10 d och hjärnor samlades på dag 11 (Fig 5B). Möss som fick 10% sackaros förbrukade signifikant mer sackaros, medan möss som mottog vatten i båda flaskorna visade ingen skillnad i flytande förbrukning (Fig 5B): preferens för flaska A, vatten: 50.00 ± 4.749%, sackaros: 89.66 ± 4.473%; Studentens t test, p <0.001. Vi fann att kronisk sackarosförbrukning inducerade ΔFosB i NAc-kärna, NAc-skal och dStr och att detta inträffade i båda MSN-undertyperna (Fig 5B): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: behandling F(1,12) = 76.15 p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.01 (D2-MSN), p <0.01 (D1-MSN); NAc skal: behandling F(1,12) = 63.35, p <0.001, Bonferroni-posttest: p <0.05 (D2-MSN), p <0.01 (D1-MSN); dStr: behandling F(1,12) = 63.36, p <0.001, Bonferroni-posttest: p <0.01 (D2-MSN), p <0.05 (D1-MSN).

Slutligen undersökte vi ΔFosB-uttryck i MSN-subtyper efter kaloribegränsning, eftersom detta tillstånd, vilket ökar den lokomotoriska aktiviteten och motivationstillståndet, tidigare visat sig förbättra ΔFosB-nivåerna i mus NAc (Vialou et al., 2011). D2-GFP möss gick igenom ett kaloribegränsat protokoll, där de fick 60% av AD libitum kalorier dagligen för 10 d och hjärnor samlades på dag 11 (Fig 5C). Calorie-begränsning ökade ΔFosB-nivåerna i NAc-kärn- och NAc-skalet som tidigare visat sig (Vialou et al., 2011) och ökade även ΔFosB-nivåer i dStr. Vi observerade dock ingen differentiell induktion i D1-MSNs mot D2-MSNs (Fig 5C): tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: behandling F(1,12) = 67.94 p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.01 (D2-MSN), p <0.01 (D1-MSN); NAc skal: behandling F(1,12) = 67.84, p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.001 (D2-MSN), p <0.01 (D1-MSN); dStr: behandling F(1,12) = 82.70, p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.001 (D2-MSN), p <0.001 (D1-MSN).

Kronisk social nederlagsspänning och antidepressiv behandling orsakar differentiell induktion av ΔFosB i MSN-subtyper

Vi har tidigare visat att ΔFosB ökas i NAc hos möss efter kronisk social nederlagsspänning (Vialou et al., 2010). Fastän denna induktion observerades i båda mottagliga mössen (de som uppvisar skadliga följder av stressen) liksom hos mus som är fjädrande (de som undviker de flesta av dessa skadliga effekter) var ΔFosB-induktion större i den fjädrande undergruppen och visades direkt att förmedla ett tillstånd av motståndskraft. I den föreliggande studien fann vi slående cellspecifika egenskaper för ΔFosB-induktion i dessa två fenotypiska grupper. D2-GFP möss utsattes för 10 d för social nederlagsspänning och separerade i mottagliga och fjädrande populationer baserat på ett mått på social interaktion (Fig 6A), vilket korrelerar starkt med andra beteendessymtom (Krishnan et al., 2007). Möss som utvecklade mottagliga beteenden efter social nederlagsspänning visade en signifikant induktion av ΔFosB i D2-MSN i NAc-kärnan, NAc-skalet och dStr jämfört med kontroll och fjädrande möss, utan induktion som uppenbarades i D1-MSN. I slående kontrast visade fjädrande möss signifikant ΔFosB induktion i D1-MSNs över alla striatala regioner jämfört med mottagliga och kontrollmöss, utan induktion som uppenbarades i D2-MSNs (Fig 6A; tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: grupp × celltyp F(1,20) = 20.11, p <0.05, Bonferroni-posttest: D2-MSN / känslig p <0.05, D1-MSN / fjädrande p <0.05; NAc-skal: grupp × celltyp F(1,20) = 27.79, p <0.01, Bonferroni-posttest: D2-MSN / känslig p <0.001, D1-MSN / fjädrande p <0.01; dStr: grupp × celltyp F(1,20) = 19.76, p <0.01, Bonferroni-posttest: D2-MSN / känslig p <0.05, D1-MSN / fjädrande p <0.01).

Figur 6.  

Kronisk social nederlagsspänning och kronisk fluoxetin orsakar ΔFosB-induktion i olika MSN-subtyper i striatum. A, D2-GFP som är mottagliga för en 10 d-kurs med social nederlagsspänning uppvisar ΔFosB-induktion i D2-MSN i alla striatala .

Kronisk behandling med SSRI-antidepressiva medel, fluoxetin, reverserar depressionsliknande beteenden uppvisade av mottagliga möss efter kronisk social nederlagsspänning (Berton et al., 2006). Dessutom inducerar sådan behandling ΔFosB i NAc av mottagliga såväl som kontrollmöss, och vi har visat att sådan induktion krävs för fluoxetins fördelaktiga beteendeeffekter (Vialou et al., 2010). Vi undersökte sålunda den cellulära specificiteten av AFosB induktion efter kronisk fluoxetin administrering. D2-GFP möss fick fluoxetin (20 mg / kg, ip) för 14 d och hjärnor samlades på dag 15 (Fig 6B). Vi observerade en signifikant induktion av ΔFosB i D1-MSN, men inte i D2-MSN, hos fluoxetinbehandlade möss jämfört med vehikelkontroller (Fig 6B; tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: läkemedel × celltyp F(1,10) = 14.59, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01; NAc-skal: läkemedel × celltyp: F(1,10) = 26.14, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01; dStr: läkemedel × celltyp F(1,10) = 8.19, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.001).

In vivo-optogenetisk manipulering av NAc-afferenta hjärnregioner orsakar distinkta mönster av ΔFosB-induktion i striatala regioner och MSN-subtyper

Med tanke på att dopaminerga och glutamatergiska afferenta ingångar till NAc kan underlätta belöning som söker och förändrar depressionliknande beteenden (Tsai et al., 2009; Covington et al., 2010; Adamantidis et al., 2011; Witten et al., 2011; Britt et al., 2012; Lammel et al., 2012; Stuber et al., 2012; Chaudhury et al., 2013; Kumar et al., 2013; Tye et al., 2013) undersökte vi ΔFosB-induktion i striatala MSN-subtyper efter manipulerande aktivitet hos flera viktiga avferenta hjärnområden. Vi uttryckte viralt ChR2 i var och en av flera regioner och aktiverade dem med blått ljus (473 nm) som beskrivits tidigare (Gradinaru et al., 2010; Yizhar et al., 2011). Eftersom en ny studie visade att fasstimulering med blått ljus, efter icke-cell-selektivt uttryck av ChR2 i VTA, resulterade i samma beteendemässiga fenotyp som selektiv ChR2-fasstimulering av VTA-dopaminneuroner (Chaudhury et al., 2013) uttryckte vi ChR2 med användning av AAV-hsyn-ChR2-EYFP i VTA av D2-GFP möss; kontrollmöss injicerades med AAV-hsyn-EYFP. VTA-sektionerna coimmunostained med tyrosinhydroxylas och GFP för att visualisera ChR2-EYFP-uttryck (Fig 7C). D2-GFP möss som uttryckte ChR2-EFYP eller EYFP enbart i VTA fick 5 d av 10 minus blå lysfasisk stimulering av VTA såsom beskrivits tidigare (Koo et al., 2012; Chaudhury et al., 2013) (Fig 7A) och hjärnor samlades 24 h efter den sista stimuleringen. Det fanns ingen desensibilisering av förmågan hos ChR2 att aktivera VTA-dopaminneuroner efter 5 d för stimulering (Fig 7B). Vi fann att upprepad fasstimulering av VTA-neuroner som uttrycker ChR2-EYFP ökar ΔFosB i båda MSN-subtyperna i NAc-kärnan, men endast i D1-MSN i NAc-skalet (Fig 7C; tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: optogenetiska stimuli F(1,16) = 51.97, p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.001; (båda MSN-undertyperna) NAc-skal: optogenetiska stimuli × celltyp: F(1,16) = 13.82, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01). Vi observerade ingen induktion av ΔFosB i dStr efter fasstimulering med blått ljus till VTA-uttryckande ChR2-EYFP jämfört med EYFP-kontroller. Dessa resultat bör tolkas med försiktighet, eftersom vi inte selektivt inriktade VTA-dopaminneuroner för optisk stimulering, och nyligen genomförda studier har visat icke-dopaminerga projektionsneuroner i VTA såväl som betydande heterogenitet hos VTA, vilket kan leda till olika beteendemässiga svar beroende på avfyrning parametrar och delpopulationer av påverkade neuroner (Tsai et al., 2009; Lammel et al., 2011, 2012; Witten et al., 2011; Kim et al., 2012, 2013; Tan et al., 2012; van Zessen et al., 2012; Stamatakis och Stuber, 2012; Chaudhury et al., 2013; Tye et al., 2013).

Figur 7.  

Optogenetisk aktivering av hjärnregioner som innervatar NAc orsakar distinkta mönster av ΔFosB induktion i MSN-subtyper och striatala regioner. A, Optogenetisk stimuleringsparadigm för alla förhållanden. Hjärnor skördades 24 h efter 5 d av optogenetisk .

Vi använde därefter AAV-CaMKII-ChR2-mCherry och AAV-CaMKII-mCherry-vektorer för att uttrycka ChR2-mCherry eller mCherry ensam som en kontroll i mPFC, amygdala eller vHippo av D2-GFP möss (Fig 7D-F). ChR2 och mCherry-uttryck medierat av CaMKII-ChR2-viruset har tidigare visat sig kolokalisera med CaMKII-uttryck, vilket övervägande betecknar glutamatergiska neuroner (Gradinaru et al., 2009; Warden et al., 2012). Vi aktiverade celler som uttryckte ChR2 i dessa regioner med 20 Hz blå ljus för 10 min om dagen för 5 d, och hjärnor samlades 24 h efter den sista stimuleringen (Fig 7A). Detta stimuleringsmönster framkallade ~27-33 Hz-avfyring, främst på grund av observerad dubbelhöjning. Ingen uppenbar desensibilisering av ChR2 uppstod med 5 d för stimulering; Vi observerade emellertid en liten ökning av firandet från 1 till 5 d (32-33 Hz) av stimulering. Vi fann att optogenetisk aktivering av mPFC-neuroner resulterade i ΔFosB-induktion i D1-MSN i NAc-kärnan, medan FFB-induktion inträffade i båda MSN-subtyperna i NAc-skalet (Fig 7D; tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: optogenetiska stimuli × celltyp F(1,14) = 10.31, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01; NAc-skal: optogenetiska stimuli F(1,14) = 57.17, p <0.001, Bonferroni-posttest: p <0.05 (D2-MSN), p <0.01 (D1-MSN)). Ingen förändring i ΔFosB-nivåer observerades i dStr efter mPFC-aktivering. Däremot inducerade optogenetisk aktivering av amygdala neuroner ΔFosB i båda MSN-undertyperna i NAc-kärnan och selektivt i D1-MSNs i NAc-skalet, utan någon förändring som inträffade i dStr (Fig 7E; tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: optogenetiska stimuli F(1,10) = 78.92, p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.001 (D2-MSN), p <0.0001 (D1-MSN); NAc-skal: optogenetiska stimuli × celltyp: F(1,10) = 30.31, p <0.0001, Bonferroni-posttest: p <0.0001). Slutligen orsakade optogenetisk aktivering av vHippo-nervceller signifikant ΔFosB-induktion endast i D1-MSN i både NAc-kärnan och NAc-skalet, med återigen ingen förändring observerad i dStr (Fig 7F; tvåvägs ANOVA, NAc-kärna: optogenetiska stimuli × celltyp F(1,10) = 18.30, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01; NAc-skal: optogenetiska stimuli × celltyp: F(1,10) = 22.69, p <0.05, Bonferroni-posttest: p <0.01).

Diskussion

I föreliggande studie undersöks ΔFosB-induktion i D1-MSN och D2-MSN i striatala regioner efter flera kroniska stimuli (Tabell 1). Vi etablerar först möjligheten att använda D1-GFP och D2-GFP reporterlinjer för att demonstrera selektiv ΔFosB-induktion i D1-MSN efter kronisk kokain och i D2-MSN efter kronisk haloperidol. Kokainfynden överensstämmer med tidigare studier (Moratalla et al., 1996; Lee et al., 2006) och den etablerade rollen för ΔFosB i D1-MSNs för att främja kokainbelöning (Kelz et al., 1999; Colby et al., 2003; Grueter et al., 2013). Vi visade tidigare att undersökare och självadministrerat kokain inducerar ΔFosB i motsvarande grad i NAc (Winstanley et al., 2007; Perrotti et al., 2008), och viktigare vi visar här att båda sätten för kokainintag inducerar ΔFosB selektivt i D1-MSN i alla tre striatala regioner. Våra funn överensstämmer med tidigare studier som visar att akut kokain inducerar andra omedelbara tidiga gener och fosforylering av flera intracellulära signalproteiner endast i D1-MSN (Bateup et al., 2008; Bertran-Gonzalez et al., 2008). På samma sätt överensstämmer det motsatta mönstret av FFB-induktion efter kronisk haloperidol med blockaden av denna induktion med D2-liknande receptoragonister (Atkins et al., 1999) och med akut haloperidols selektiva induktion av omedelbara tidiga gener och fosforylering av flera signalproteiner i D2-MSN (Bateup et al., 2008; Bertran-Gonzalez et al., 2008).

Tabell 1.  

ΔFosB-induktion i striatala MSN-subtyper efter kronisk farmakologisk, känslomässig och optogenisk stimulia

Liksom för kokain, fann vi att kronisk exponering för två andra missbruksmedel, EtOH och Δ (9) -THC, inducerar ΔFosB selektivt i D1-MSNs över alla striatala regioner. Vi har tidigare visat att EtOH inducerar ΔFosB i NAc-kärnan, NAc-skalet och dStr, men att Δ (9) -THC signifikant uppregulerar ΔFosB i NAc-kärnan, med en trend som ses i övriga regioner (Perrotti et al., 2008). Vi observerade på liknande sätt här den största Δ (9) -THC-induktionen av FFosB i NAc-kärnan i D1-MSNs; vår förmåga att demonstrera induktion i andra striatala regioner är sannolikt beroende på den cellspecifika analys som användes. Intressant, inducerad kronisk morfin och heroin självadministration, till skillnad från andra missbrukande medel, ΔFosB i båda MSN-subtyperna i en jämförbar utsträckning över alla striatala regioner. En nyligen genomförd studie visade att akut morfin inducerar c-Fos i D1-MSN, medan naloxonutfällt tillbakadragande efter kronisk morfin inducerar c-Fos i D2-MSNs (Enoksson et al., 2012). Trots att vi inte observerade tecken på upplösning av opiat i vår studie är det tänkbart att mer subtil uttagning som inträffar vid morfin- eller heroinadministration vid den tidpunkt som studeras är ansvarig för ΔFosB-induktionen i D2-MSN som ses här. Vi visade tidigare att ΔFosB i D1-MSN, men inte D2-MSN, ökar givande svar på morfin (Zachariou et al., 2006). Det skulle nu vara intressant att testa möjligheten att ΔFosB induktion i D2-MSN bidrar till de aversiva effekterna av opiatuttaget. På samma sätt bör det potentiella bidraget av läkemedelsavdrag och begär till ΔFosB induktion ses med alla läkemedel undersökas.

Tidigare studier visar att miljöanrikning under utveckling inducerar ΔFosB i NAc och dStr (Solinas et al., 2009; Lehmann och Herkenham, 2011). Våra data visar att denna ackumulering uppträder lika i D1-MSN och D2-MSNs över alla striatala regioner. Anrikningsparadigmet visades tidigare att det var trubbigt och lokomotoriskt svar på kokain (Solinas et al., 2009); Denna beteendemässiga fenotyp är emellertid sannolikt inte en följd av ΔFosB-ackumulation eftersom ΔFosB-induktion i D1-MSN ensam ökar beteendemässiga responser mot kokain, medan sådan induktion i D2-MSN har ingen märkbar effekt (Kelz et al., 1999; Colby et al., 2003; Grueter et al., 2013). Kronisk sackarosförbrukning visades tidigare öka öfosB i NAc och överuttryck av FFosB, antingen i D1-MSNs ensam eller i båda subtyperna, i NAc ökar sackarosförbrukningen (Olausson et al., 2006; Wallace et al., 2008). Här observerades jämförbar ΔFosB-induktion i båda MSN-subtyperna i NAc och dStr efter sackarosdryckning. Slutligen visade vi tidigare att induktion av ΔFosB i NAc medierar vissa adaptiva svar på kaloribegränsning genom ökad motivation för hög fetthalt och minskad energiförbrukning (Vialou et al., 2011). Sammantaget visar dessa resultat att ΔFosB-ackumulering i NAc och dStr förekommer i både D1-MSN och D2-MSN som svar på flera naturliga fördelar. Detta resultat är överraskande med tanke på att ΔFosB ackumuleras i D1-MSNs först efter en annan naturlig belöning, kronisk hjulkörning och att överuttryck av ΔFosB i D1-MSNs förbättrad hjulkörning medan ΔFosB-överuttryck i D2-MSNs minskat hjulkörning (Werme et al., 2002). Hjulkörning kan dock aktivera distinkta motorvägar, vilka är ansvariga för dess olika mönster av ΔFosB induktion. Resultaten med de andra naturliga belöningarna antyder under alla omständigheter att de differentiellt kontrollerar ΔFosB i striatum jämfört med mer potenta läkemedelsbelöningar, såsom kokain, EtOH och A (9) -THC. ΔFosB induktion i båda MSN-subtyperna under dessa naturliga givande förhållanden överensstämmer med en nyligen genomförd studie som visar att åtgärdsinitiering för en matbelöning aktiverar båda MSN-subtyperna (Cui et al., 2013).

Kronisk social nederlagsspänning inducerar ΔFosB i NAc-skal av mottagliga och fjädrande möss men i NAc-kärnan endast i fjädrande möss (Vialou et al., 2010). Vidare främjar ΔFosB-överuttryck i D1-MSNs motståndskraft efter kronisk social nederlagsspänning. Kronisk behandling med fluoxetin orsakar också ΔFosB-ackumulation i NAc hos stress-naiva möss och hos mottagliga möss efter kronisk social nederlagsspänning och ΔFosB-överuttryck visades för att mediera antidepressiva-liknande beteenderesponser under de senare tillstånden (Vialou et al., 2010). Slutligen visade en tidigare studie att ΔFosB induktion i båda MSN-subtyperna efter kronisk restriansspänning (Perrotti et al., 2004). Resultat från den föreliggande studien, där vi visar selektivt ΔFosB induktion i D1-MSN i resistenta och fluoxetinbehandlade möss men selektivt i D2-MSN i mottagliga möss ger en viktig inblick i dessa tidigare fynd och stöder hypotesen att ΔFosB i D1- MSNs medierar motståndskraft och antidepressiv verkan, medan ΔFosB i D2-MSN kan medföra känslighet. Ytterligare arbete behövs för att testa denna hypotes.

Nyare arbete med optogenetik demonstrerar den potenta rollen som dopaminerga och glutamatergiska afferenter till NAc i modulerande belöning och stressresponser (se resultat). Vi utnyttjar dessa optogenetiska verktyg för att undersöka ΔFosB-induktion i D1-MSN och D2-MSN efter upprepad aktivering av NAc-afferenta regioner. Vi fann att fasstimulering av VTA-neuroner eller aktivering av huvudsakligen glutamatergiska neuroner i amygdala inducerar ΔFosB i D1-MSN i NAc-skal och i båda MSN-subtyperna i NAc-kärnan. I motsats härtill resulterar aktivering av mPFC-neuroner i motsatt mönster av FFB-induktion med ökade nivåer i D1-MSN i NAc-kärnan men induktion i båda MSN-subtyperna i NAc-skal. Slutligen orsakar optogenetisk aktivering av vHippo-neuroner ΔFosB-ackumulation endast i D1-MSN i NAc-kärnan och skalet. VHippo-resultaten är förenliga med senaste studier som visar att hippocampala ingångar är mycket svagare på D2-MSNs jämfört med D1-MSNs (MacAskill et al., 2012) och att dessa ingångar kontrollerar kokaininducerad rörelse (Britt et al., 2012). Dessutom är vår demonstration av ΔFosB-induktion främst i D1-MSN med alla ingångar förenlig med tidigare studier som visar att ΔFosB i D1-MSNs förbättrar givande svar på missbruksmissbruk samt studier som visar att optogenisk stimulering av VTA dopaminneuroner eller mPFC, amygdala eller vHippo terminaler i NAc främjar belöning (Kelz et al., 1999; Zachariou et al., 2006; Tsai et al., 2009; Witten et al., 2011; Britt et al., 2012; Grueter et al., 2013).

Slutligen är det troligt att det finns selektiva neuronella ensembler inom dessa två MSN-subtyper som differentiellt aktiveras av positiva eller negativa stimuli. Detta kan bero på vår observation av ΔFosB-induktion i D2-MSN under vissa givande förhållanden (opiater och naturliga belöningar) samt aversiva (sociala nederlag) förhållanden. Striatum är mycket heterogen utöver MSN-subtyper, inklusive plåster och matrisfack i både dorsalt och ventralstriatum (Gerfen, 1992; Watabe-Uchida et al., 2012). Vidare visar tidigare studier aktivering av en mycket liten procentandel av striatala neuronala ensembler av psykostimulanter, med ökad induktion av FosB genen i dessa aktiverade neuroner (Guez-Barber et al., 2011; Liu et al., 2013), fastän det inte är känt om dessa aktiverade neuroner är D1-MSN eller D2-MSN. Funktionen ΔFosB i kärnan mot skalet i förmedlande givande och aversiva beteenden är inte heller känt. ΔFosB-överuttryck i D1-MSN: s ökade tysta synapser i både kärna och skal, men uttryck i D2-MSN: er minskade tysta synapser i endast skal (Grueter et al., 2013). Vidare medieras ΔFosB-induktion i kärnan mot skalet med hjälp av olika mekanismer, eftersom vi fann kokainmedierad CaMKIIa-stabilisering av FosB i skalet men inte kärna som leder till ökad ΔFosB-ackumulation i skalet (Robison et al., 2013). Framtida studier som selektivt inriktar sig på MSN-subtyper i kärnvikt mot skal, aktiverade neuronella ensembler eller patch versus matrisfacken kommer att bidra till att definiera beteendemässiga rollen för ΔFosB inom dessa heterogena regioner.

Sammantaget föreslår dessa kretsmedierade celltypselektiva induktionsmönster av ΔFosB i NAc att belönade och stressiga stimuli involverar differentiellt separata NAc-avferenter för att koda specifika särdrag hos dessa stimuli. Våra resultat ger inte bara en övergripande inblick i induktionen av ΔFosB i striatala MSN-subtyper genom kroniska stimuli utan visar också användbarheten vid användning av ΔFosB som en molekylär markör för att förstå de varaktiga effekterna av specifika neurala kretsar för att påverka NAc-funktionen.

fotnoter

Författarna förklarar inga konkurrerande ekonomiska intressen.

referenser

  1. Adamantidis AR, Tsai HC, Boutrel B, Zhang F, Stuber GD, Budygin EA, Touriño C, Bonci A, Deisseroth K, de Lecea L. Optogenetisk utfrågning av dopaminerg modulering av de multipla faserna av belöningssökande beteende. J Neurosci. 2011; 31: 10829-10835. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.2246-11.2011. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  2. Albin RL, Young AB, Penney JB. Den funktionella anatomin av basala ganglia störningar. Trender Neurosci. 1989; 12: 366-375. doi: 10.1016 / 0166-2236 (89) 90074-X. [PubMed] [Cross Ref]
  3. Atkins JB, Chlan-Fourney J, Nye HE, Hiroi N, Carlezon WA, Jr, Nestler EJ. Regionspecifik induktion av δFosB genom upprepad administrering av typiska kontra atypiska antipsykotiska läkemedel. Synaps. 1999; 33: 118–128. doi: 10.1002 / (SICI) 1098-2396 (199908) 33: 2 <118 :: AID-SYN2> 3.0.CO% 3B2-L. [PubMed] [Cross Ref]
  4. Bateup HS, Svenningsson P, Kuroiwa M, Gong S, Nishi A, Heintz N, Greengard P. Celltypspecifik reglering av DARPP-32-fosforylering av psykostimulerande och antipsykotiska läkemedel. Nat Neurosci. 2008; 11: 932-939. doi: 10.1038 / nn.2153. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  5. Berton O, McClung CA, Dileone RJ, Krishnan V, Renthal W, Russo SJ, Graham D, Tsankova NM, Bolanos CA, Rios M, Monteggia LM, Self DW, Nestler EJ. BDNF: s viktig roll i den mesolimbiska dopaminvägen i social nederlagsspänning. Vetenskap. 2006; 311: 864-868. doi: 10.1126 / science.1120972. [PubMed] [Cross Ref]
  6. Bertran-Gonzalez J, Bosch C, Maroteaux M, Matamales M, Hervé D, Valjent E, Girault JA. Motsatta mönster för signalering aktivering i dopamin D1 och D2 receptor-uttryckande striatal neuroner som svar på kokain och haloperidol. J Neurosci. 2008; 28: 5671-5685. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1039-08.2008. [PubMed] [Cross Ref]
  7. Britt JP, Benaliouad F, McDevitt RA, Stuber GD, Wise RA, Bonci A. Synaptisk och beteendemässig profil för flera glutamatergiska ingångar till kärnan accumbens. Nervcell. 2012; 76: 790-803. doi: 10.1016 / j.neuron.2012.09.040. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  8. Chan CS, Peterson JD, Gertler TS, Glajch KE, Quintana RE, Cui Q, Sebel LE, Plotkin JK, Heiman M, Heintz N, Greengard P, Surmeier DJ. Strainspecifik reglering av striatalfenotypen i Drd2-eGFP BAC-transgena möss. J Neurosci. 2012; 32: 9124-9132. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.0229-12.2012. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  9. Chaudhury D, Walsh JJ, Friedman AK, Juarez B, Ku SM, Koo JW, Ferguson D, Tsai HC, Pomeranz L, Christoffel DJ, Nectow AR, Ekstrand M, Domingos A, Mazei-Robison MS, Mouzon E, Lobo MK, Neve RL, Friedman JM, Russo SJ, Deisseroth K et al. Snabb reglering av depressionrelaterade beteenden genom kontroll av dopaminneuron i mittenhålan. Natur. 2013; 493: 532-536. doi: 10.1038 / nature11713. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  10. Colby CR, Whisler K, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. ΔFosB ökar incitamentet för kokain. J Neurosci. 2003; 23: 2488-2493. [PubMed]
  11. Covington HE, 3rd, Lobo MK, Maze I, Vialou V, Hyman JM, Zaman S, LaPlant Q, Mouzon E, Ghose S, Tamminga CA, Neve RL, Deisseroth K, Nestler EJ. Antidepressiv effekt av optogenetisk stimulering av medial prefrontal cortex. J Neurosci. 2010; 30: 16082-16090. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1731-10.2010. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  12. Cui G, Juni SB, Jin X, Pham MD, Vogel SS, Lovinger DM, Costa RM. Samtidig aktivering av striatala direkta och indirekta vägar under åtgärdsinitiering. Natur. 2013; 494: 238-242. doi: 10.1038 / nature11846. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  13. Enoksson T, Bertran-Gonzalez J, Christie MJ. Nukleusaccumbens D2- och D1-receptoruttryckningsmediet snygga neuroner aktiveras selektivt med respektive morfinavtagande och akut morfin. Neuro. 2012; 62: 2463-2471. doi: 10.1016 / j.neuropharm.2012.02.020. [PubMed] [Cross Ref]
  14. Gerfen CR. Neostriatal mosaik: flera nivåer av kammarorganisationen i basalganglierna. Annu Rev Neurosci. 1992; 15: 285-320. doi: 10.1146 / annurev.ne.15.030192.001441. [PubMed] [Cross Ref]
  15. Gittis AH, Kreitzer AC. Striatal mikrokredsljud och rörelsestörningar. Trender Neurosci. 2012; 35: 557-564. doi: 10.1016 / j.tins.2012.06.008. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  16. Gong S, Zheng C, Doughty ML, Losos K, Didkovsky N, Schambra UB, Nowak NJ, Joyner A, Leblanc G, Hatten ME, Heintz N. En genuttrycksatlas av centrala nervsystemet baserat på bakteriella artificiella kromosomer. Natur. 2003; 425: 917-925. doi: 10.1038 / nature02033. [PubMed] [Cross Ref]
  17. Gradinaru V, Mogri M, Thompson KR, Henderson JM, Deisseroth K. Optisk dekonstruktion av parkinsoniska neurala kretsar. Vetenskap. 2009; 324: 354-359. doi: 10.1126 / science.1167093. [PubMed] [Cross Ref]
  18. Gradinaru V, Zhang F, Ramakrishnan C, Mattis J, Prakash R, Diester I, Goshen I, Thompson KR, Deisseroth K. Molekylära och cellulära tillvägagångssätt för diversifiering och utvidgning av optogenetik. Cell. 2010; 141: 154-165. doi: 10.1016 / j.cell.2010.02.037. [PubMed] [Cross Ref]
  19. Graybiel AM. De basala ganglierna. Curr Biol. 2000; 10: R509-R511. doi: 10.1016 / S0960-9822 (00) 00593-5. [PubMed] [Cross Ref]
  20. Green TA, Alibhai IN, Roybal CN, Winstanley CA, Theobald DE, Birnbaum SG, Graham AR, Unterberg S, Graham DL, Vialou V, Bass CE, Terwilliger EF, Bardo MT, Nestler EJ. Miljöanrikning ger en beteendemässig fenotyp medierad av låg cyklisk adenosinmonofosfatresponselementbindande (CREB) -aktivitet i kärnans accumbens. Biolpsykiatri. 2010; 67: 28-35. doi: 10.1016 / j.biopsych.2009.06.022. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  21. Grueter BA, Robison AJ, Neve RL, Nestler EJ, Malenka RC. ΔFosB modulerar differentiellt kärnan accumbens direkt och indirekt vägfunktion. Proc Natl Acad Sci USA A. 2013; 110: 1923-1928. doi: 10.1073 / pnas.1221742110. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  22. Guez-Barber D, Fanous S, Golden SA, Schrama R, Koya E, Stern AL, Bossert JM, Harvey BK, Picciotto MR, Hope BT. FACS identifierar unik kokaininducerad genreglering i selektivt aktiverade vuxna striatala neuroner. J Neurosci. 2011; 31: 4251-4259. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.6195-10.2011. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  23. Heiman M, Schaefer A, Gong S, Peterson JD, Dag M, Ramsey KE, Suárez-Farinas M, Schwarz C, Stephan DA, Surmeier DJ, Greengard P, Heintz N. En translationell profileringsmetod för molekylär karakterisering av CNS celltyper . Cell. 2008; 135: 738-748. doi: 10.1016 / j.cell.2008.10.028. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  24. Hiroi N, Graybiel AM. Atypiska och typiska neuroleptiska behandlingar inducerar distinkta program för transkriptionsfaktoruttryck i striatum. J Comp Neurol. 1996; 374: 70–83. doi: 10.1002 / (SICI) 1096-9861 (19961007) 374: 1 <70 :: AID-CNE5> 3.0.CO% 3B2-K. [PubMed] [Cross Ref]
  25. Hiroi N, Brown JR, Haile CN, Ye H, Greenberg ME, Nestler EJ. FosB-mutanta möss: Förlust av kronisk kokaininduktion av Fos-relaterade proteiner och ökad känslighet för kokainens psykomotoriska och givande effekter. Proc Natl Acad Sci US A. 1997; 94: 10397–10402. doi: 10.1073 / pnas.94.19.10397. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  26. Hoppas BT, Nye HE, Kelz MB, Self DW, Iadarola MJ, Nakabeppu Y, Duman RS, Nestler EJ. Induktion av ett långvarigt AP-1-komplex bestående av förändrade fosliknande proteiner i hjärnan genom kronisk kokain och andra kroniska behandlingar. Nervcell. 1994; 13: 1235-1244. doi: 10.1016 / 0896-6273 (94) 90061-2. [PubMed] [Cross Ref]
  27. Kalivas PW, Churchill L, Klitenick MA. GABA och enkephalinprojektion från kärnan accumbens och ventral pallidum till ventral tegmentalområdet. Neuroscience. 1993; 57: 1047-1060. doi: 10.1016 / 0306-4522 (93) 90048-K. [PubMed] [Cross Ref]
  28. Kaplan GB, Leite-Morris KA, Fan W, Young AJ, Guy MD. Opiat sensibilisering inducerar FosB / AFosB uttryck i prefrontala kortikala, striatala och amygdala hjärnområden. PLOS One. 2011; 6: e23574. doi: 10.1371 / journal.pone.0023574. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  29. Kelz MB, Chen J, Carlezon WA, Jr, Whisler K, Gilden L, Beckmann AM, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Själv DW, Tkatch T, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ. Uttryck av transkriptionsfaktorn FosB i hjärnan styr känsligheten för kokain. Natur. 1999; 401: 272-276. doi: 10.1038 / 45790. [PubMed] [Cross Ref]
  30. Kim KM, Baratta MV, Yang A, Lee D, Boyden ES, Fiorillo CD. Optogenetisk efterlikning av den transienta aktiveringen av dopaminneuroner med naturlig belöning är tillräcklig för operantförstärkning. PLOS One. 2012; 7: e33612. doi: 10.1371 / journal.pone.0033612. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  31. Kim TI, McCall JG, Jung YH, Huang X, Siuda ER, Li Y, Song J, Song YM, Pao HA, Kim RH, Lu C, Lee SD, Song IS, Shin G, Al-Hasani R, Kim S, Tan MP, Huang Y, Omenetto FG, Rogers JA, et al. Injicerbar optoelektronik med cellulär skala med applikationer för trådlös optogenetik. Vetenskap. 2013; 340: 211-216. doi: 10.1126 / science.1232437. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  32. Koo JW, Mazei-Robison MS, Chaudhury D, Juarez B, LaPlant Q, Ferguson D, Feng J, Sun H, Scobie KN, Damez-Werno D, Crumiller M, Ohnishi YN, Ohnishi YH, Mouzon E, Dietz DM, Lobo MK, Neve RL, Russo SJ, Han MH, Nestler EJ. BDNF är en negativ modulator av morfinverkan. Vetenskap. 2012; 338: 124-128. doi: 10.1126 / science.1222265. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  33. Krishnan V, Han MH, Graham DL, Berton O, Renthal W, Russo SJ, Laplant Q, Graham A, Lutter M, Lagace DC, Ghose S, Reister R, Tannös P, Grön TA, Neve RL, Chakravarty S, Kumar A Eisch AJ, Self DW, Lee FS, et al. Molekylära anpassningar som ligger bakom känslighet och motstånd mot socialt nederlag i hjärnbelöningsregioner. Cell. 2007; 131: 391-404. doi: 10.1016 / j.cell.2007.09.018. [PubMed] [Cross Ref]
  34. Kumar S, Black SJ, Hultman R, Szabo ST, DeMaio KD, Du J, Katz BM, Feng G, Covington HE, 3rd, Dzirasa K. Kortikal kontroll av affektiva nätverk. J Neurosci. 2013; 33: 1116-1129. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.0092-12.2013. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  35. Lammel S, Ion DI, Roeper J, Malenka RC. Projektionsspecifik modulering av synap av dopaminneuron genom aversiv och givande stimuli. Nervcell. 2011; 70: 855-862. doi: 10.1016 / j.neuron.2011.03.025. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  36. Lammel S, Lim BK, Ran C, Huang KW, Betley MJ, Tye KM, Deisseroth K, Malenka RC. Inputspecifik kontroll av belöning och aversion i det ventrala tegmentalområdet. Natur. 2012; 491: 212-217. doi: 10.1038 / nature11527. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  37. Larson EB, Akkentli F, Edwards S, Graham DL, Simmons DL, Alibhai IN, Nestler EJ, Self DW. Striatal reglering av ΔFosB, FosB och cFos under kokain självadministration och uttag. J Neurochem. 2010; 115: 112-122. doi: 10.1111 / j.1471-4159.2010.06907.x. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  38. Lee KW, Kim Y, Kim AM, Helmin K, Nairn AC, Greengard P. Kokaininducerad dendritisk ryggradssbildning i D1- och D2-dopaminreceptorinnehållande mellanspinniga neuroner i nukleinsymboler. Proc Natl Acad Sci USA A. 2006; 103: 3399-3404. doi: 10.1073 / pnas.0511244103. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  39. Lehmann ML, Herkenham M. Miljöberikning ger spänningsförmåga till socialt nederlag genom en infralimbisk cortexberoende neuroanatomisk väg. J Neurosci. 2011; 31: 6159-6173. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.0577-11.2011. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  40. Liu QR, Rubio FJ, Bossert JM, Marchant NJ, Fanous S, Hou X, Shaham Y, Hope BT. Detektion av molekylära förändringar i metamfetaminaktiverade Fos-uttryckande neuroner från en enda råtters dorsalstriatum med användning av fluorescensaktiverad cellsortering (FACS) J Neurochem. 2013 doi: 10.1111 / jnc.12381. doi: 10.1111 / jnc.12381. Advance online-publikation. Hämtad juli 29, 2013. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  41. Lobo MK, Covington HE, 3rd, Chaudhury D, Friedman AK, Sun H, Damez-Werno D, Dietz DM, Zaman S, Koo JW, Kennedy PJ, Mouzon E, Mogri M, Neve RL, Deisseroth K, Han MH, Nestler EJ. Celltypspecifik förlust av BDNF-signalering efterliknar optogenetisk kontroll av kokainbelöning. Vetenskap. 2010; 330: 385-390. doi: 10.1126 / science.1188472. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  42. Lobo MK, Nestler EJ. Den striatala balansräkningen i narkotikamissbruk: olika roller av direkta och indirekta vägarna med spina nerver. Front Neuroanat. 2011; 5: 41. doi: 10.3389 / fnana.2011.00041. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  43. Lobo MK, Karsten SL, Grey M, Geschwind DH, Yang XW. FACS-gruppprofilering av striatalprojektionsneuronsubtyper i juvenil och vuxen musharts. Nat Neurosci. 2006; 9: 443-452. doi: 10.1038 / nn1654. [PubMed] [Cross Ref]
  44. MacAskill AF, Little JP, Cassel JM, Carter AG. Subcellulär anslutning underlättar vägspecifik signalering i kärnan accumbens. Nat Neurosci. 2012; 15: 1624-1626. doi: 10.1038 / nn.3254. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  45. Maze I, Covington HE, 3rd, Dietz DM, LaPlant Q, Renthal W, Russo SJ, Mekaniker M, Mouzon E, Neve RL, Haggarty SJ, Ren Y, Sampath SC, Hurd YL, Greengard P, Tarakhovsky A, Schaefer A, Nestler EJ. Viktig roll för histon-metyltransferas G9a i kokaininducerad plasticitet. Vetenskap. 2010; 327: 213-216. doi: 10.1126 / science.1179438. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  46. Mazei-Robison MS, Koo JW, Friedman AK, Lansink CS, Robison AJ, Vinish M, Krishnan V, Kim S, Siuta MA, Galli A, Niswender KD, Appasani R, Horvath MC, Neve RL, Worley PF, Snyder SH, Hurd YL, Cheer JF, Han MH, Russo SJ, et al. Roll för mTOR-signalering och neuronaktivitet i morfininducerade anpassningar i dopaminneuroner i ventral tegmental area. Nervcell. 2011; 72: 977-990. doi: 10.1016 / j.neuron.2011.10.012. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  47. McClung CA, Nestler EJ. Reglering av genuttryck och kokainbelöning av CREB och ΔFosB. Nat Neurosci. 2003; 6: 1208-1215. doi: 10.1038 / nn1143. [PubMed] [Cross Ref]
  48. McDaid J, Graham MP, Napier TC. Metamfetamininducerad sensibilisering förändrar differensiellt pCREB och ΔFosB genom hela den dentala hjärnans limbiska krets. Mol Pharmacol. 2006; 70: 2064-2074. doi: 10.1124 / mol.106.023051. [PubMed] [Cross Ref]
  49. Moratalla R, Vallejo M, Elibol B, Graybiel AM. Dopaminreceptorer av D1-klassen påverkar kokaininducerat persistent uttryck av fosrelaterade proteiner i striatum. Neuroreport. 1996; 8: 1-5. doi: 10.1097 / 00001756-199612200-00001. [PubMed] [Cross Ref]
  50. Muller DL, Unterwald EM. D1 dopaminreceptorer modulerar 5FosB induktion i råttstriatum efter intermittent morfinadministration. J Pharmacol Exp Ther. 2005; 314: 148-154. doi: 10.1124 / jpet.105.083410. [PubMed] [Cross Ref]
  51. Narayan S, Kass KE, Thomas EA. Kronisk behandling med haloperidol resulterar i en minskning av uttrycket av myelin / oligodendrocytrelaterade gener i mushjärnan. J Neurosci Res. 2007; 85: 757-765. doi: 10.1002 / jnr.21161. [PubMed] [Cross Ref]
  52. Navarro M, Carrera MR, Fratta W, Valverde O, Cossu G, Fattore L, Chowen JA, Gomez R, del Arco I, Villanua MA, Maldonado R, Koob GF, Rodriguez de Fonseca F. Funktionell interaktion mellan opioid- och cannabinoidreceptorer i självbehandling av läkemedel. J Neurosci. 2001; 21: 5344-5350. [PubMed]
  53. Nelson AB, Hang GB, Grueter BA, Pascoli V, Luscher C, Malenka RC, Kreitzer AC. En jämförelse av striatalberoende beteenden hos vildtyp och hemizygotiska Drd1a och Drd2 BAC transgena möss. J Neurosci. 2012; 32: 9119-9123. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.0224-12.2012. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  54. Nicola SM. Kärnan accumbens som en del av en basal ganglia åtgärdsvalkrets. Psychopharmacology. 2007; 191: 521-550. doi: 10.1007 / s00213-006-0510-4. [PubMed] [Cross Ref]
  55. Olausson P, Jentsch JD, Tronson N, Neve RL, Nestler EJ, Taylor JR. ΔFosB i kärnan accumbens reglerar matförstärkt instrumentalt beteende och motivation. J Neurosci. 2006; 26: 9196-9204. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1124-06.2006. [PubMed] [Cross Ref]
  56. Perrotti LI, Hadeishi Y, Ulery PG, Barrot M, Monteggia L, Duman RS, Nestler EJ. Induktion av 5FosB i belöningsrelaterade hjärnstrukturer efter kronisk stress. J Neurosci. 2004; 24: 10594-10602. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.2542-04.2004. [PubMed] [Cross Ref]
  57. Perrotti LI, Weaver RR, Robison B, Renthal W, Maze I, Yazdani S, Elmore RG, Knapp DJ, Selley DE, Martin BR, Sim-Selley L, Bachtell RK, Self DW, Nestler EJ. Distinkta mönster av DeltaFosB induktion i hjärnan av missbruk. Synapse. 2008; 62: 358-369. doi: 10.1002 / syn.20500. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  58. Renthal W, Carle TL, Maze I, Covington HE, 3rd, Truong HT, Alibhai I, Kumar A, Montgomery RL, Olson EN, Nestler EJ. ΔFosB medierar epigenetisk desensibilisering av c-fos-genen efter kronisk exponering av amfetamin. J Neurosci. 2008; 28: 7344-7349. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1043-08.2008. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  59. Renthal W, Kumar A, Xiao G, Wilkinson M, Covington HE, 3rd, Maze I, Sikder D, Robison AJ, LaPlant Q, Dietz DM, Russo SJ, Vialou V, Chakravarty S, Kodadek TJ, Stack A, Kabbaj M, Nestler EJ. Genom bred analys av kromatinreglering av kokain avslöjar en ny roll för sirtuins. Nervcell. 2009; 62: 335-348. doi: 10.1016 / j.neuron.2009.03.026. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  60. Robison AJ, Nestler EJ. Transkriptionella och epigenetiska mekanismer för missbruk. Nat Rev Neurosci. 2011; 12: 623-637. doi: 10.1038 / nrn3111. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  61. Robison AJ, Vialou V, Mazei-Robison M, Feng J, Kourrich S, Collins M, Wee S, Koob G, Turecki G, Neve R, Thomas M, Nestler EJ. Behaviorella och strukturella svar på kronisk kokain kräver en frammatningsslinga som involverar ΔFosB och kalcium / kalmodulinberoende proteinkinas II i nukleär accumbens-skalet. J Neurosci. 2013; 33: 4295-4307. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.5192-12.2013. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  62. Smith RJ, Lobo MK, Spencer S, Kalivas PW. Kokaininducerad anpassning i D1 och D2 accumbens projiceringsneuroner (en dikotomi som inte nödvändigtvis är synonymt med direkta och indirekta vägar) Curr Opin Neurobiol. 2013; 23: 546-552. doi: 10.1016 / j.conb.2013.01.026. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  63. Solinas M, Thiriet N, El Rawas R, Lardeux V, Jaber M. Miljöanrikning under tidiga stadier av livet minskar de beteende, neurokemiska och molekylära effekterna av kokain. Neuropsychopharmacology. 2009; 34: 1102-1111. doi: 10.1038 / npp.2008.51. [PubMed] [Cross Ref]
  64. Sparta DR, Stamatakis AM, Phillips JL, Hovelsø N, van Zessen R, Stuber GD. Konstruktion av implanterbara optiska fibrer för långvarig optogenetisk manipulation av neurala kretsar. Nat Protoc. 2012; 7: 12-23. doi: 10.1038 / nprot.2011.413. [PubMed] [Cross Ref]
  65. Stamatakis AM, Stuber GD. Aktivering av laterala habenulaingångar till ventral midbrain främjar beteendeundvikande. Nat Neurosci. 2012; 24: 1105-1107. doi: 10.1038 / nn.3145. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  66. Stuber GD, Britt JP, Bonci A. Optogenetisk modulering av neurala kretsar som ligger till grund för belöningssökande. Biolpsykiatri. 2012; 71: 1061-1067. doi: 10.1016 / j.biopsych.2011.11.010. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  67. Tan KR, Yvon C, Turiault M, Mirzabekov JJ, Doehner J, Labouèbe G, Deisseroth K, Tye KM, Lüscher C. GABA-neuroner i VTA-konditionerade platsaversion. Nervcell. 2012; 73: 1173-1183. doi: 10.1016 / j.neuron.2012.02.015. [PubMed] [Cross Ref]
  68. Teegarden SL, Bale TL. Minskningar i kosttillskott ger ökad känslighet och risk för återfall av kost. Biolpsykiatri. 2007; 61: 1021-1029. doi: 10.1016 / j.biopsych.2006.09.032. [PubMed] [Cross Ref]
  69. Tsai HC, Zhang F, Adamantidis A, Stuber GD, Bonci A, de Lecea L, Deisseroth K. Phasic-avfyrning i dopaminerga neuroner är tillräcklig för beteendeskonditionering. Vetenskap. 2009; 324: 1080-1084. doi: 10.1126 / science.1168878. [PubMed] [Cross Ref]
  70. Tye KM, Mirzabekov JJ, Warden MR, Ferenczi EA, Tsai HC, Finkelstein J, Kim SY, Adhikari A, Thompson KR, Andalman AS, Gunaydin LA, Witten IB, Deisseroth K. Dopaminneuroner modulerar neuralkodning och expression av depressionsrelaterad beteende. Natur. 2013; 493: 537-541. doi: 10.1038 / nature11740. [PubMed] [Cross Ref]
  71. van Zessen R, Phillips JL, Budygin EA, Stuber GD. Aktivering av VTA GABA-neuroner stör konsumtionsförbrukningen. Nervcell. 2012; 73: 1184-1194. doi: 10.1016 / j.neuron.2012.02.016. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  72. Vialou V, Robison AJ, Laplant QC, Covington HE, 3rd, Dietz DM, Ohnishi YN, Mouzon E, Rush AJ, 3rd, Watts EL, Wallace DL, Iñiguez SD, Ohnishi YH, Steiner MA, Warren BL, Krishnan V, Bolaños CA, Neve RL, Ghose S, Berton O, Tamminga CA, et al. ΔFosB i hjärnbelöningskretsar medierar motståndskraft mot stress och antidepressiva reaktioner. Nat Neurosci. 2010; 13: 745-752. doi: 10.1038 / nn.2551. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  73. Vialou V, Cui H, Perello M, Mahgoub M, Yu HG, Rush AJ, Pranav H, Jung S, Yangisawa M, Zigman JM, Elmquist JK, Nestler EJ, Lutter M. En roll för ΔFosB i kaloribegränsningsinducerade metaboliska förändringar . Biolpsykiatri. 2011; 70: 204-207. doi: 10.1016 / j.biopsych.2010.11.027. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  74. Wallace DL, Vialou V, Rios L, Carle-Florence TL, Chakravarty S, Kumar A, Graham DL, Green TA, Kirk A, Iñiguez SD, Perrotti LI, Barrot M, DiLeone RJ, Nestler EJ, Bolaños-Guzmán CA. DeltaFosBs inflytande i kärnan accumbens på naturligt belöningsrelaterat beteende. J Neurosci. 2008; 28: 10272-10277. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1531-08.2008. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  75. Warden MR, Selimbeyoglu A, Mirzabekov JJ, Lo M, Thompson KR, Kim SY, Adhikari A, Tye KM, Frank LM, Deisseroth K. En prefrontal cortex-hjärnstammar neuronprojektion som styr respons på beteendemässig utmaning. Natur. 2012; 492: 428-432. doi: 10.1038 / nature11617. [PubMed] [Cross Ref]
  76. Watabe-Uchida M, Zhu L, Ogawa SK, Vamanrao A, Uchida N. Hela hjärnans kartläggning av direktingångar till dopaminneuroner i mitten av hjärnan. Nervcell. 2012; 74: 858-873. doi: 10.1016 / j.neuron.2012.03.017. [PubMed] [Cross Ref]
  77. Werme M, Messer C, Olson L, Gilden L, Thorén P, Nestler EJ, Brené S. ΔFosB reglerar hjullöpning. J Neurosci. 2002; 22: 8133-8138. [PubMed]
  78. Winstanley CA, LaPlant Q, Theobald DE, Green TA, Bachtell RK, Perrotti LI, DiLeone RJ, Russo SJ, Garth WJ, Self DW, Nestler EJ. ΔFosB induktion i orbitofrontal cortex medger tolerans mot kokaininducerad kognitiv dysfunktion. J Neurosci. 2007; 27: 10497-10507. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.2566-07.2007. [PubMed] [Cross Ref]
  79. Witten IB, Steinberg EE, Lee SY, Davidson TJ, Zalocusky KA, Brodsky M, Yizhar O, Cho SL, Gong S, Ramakrishnan C, Stuber GD, Tye KM, Janak PH, Deisseroth K. tekniker och optogenetisk applicering på dopaminförmedlad förstärkning. Nervcell. 2011; 72: 721-733. doi: 10.1016 / j.neuron.2011.10.028. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  80. Yizhar O, Fenno LE, Davidson TJ, Mogri M, Deisseroth K. Optogenetics i neurala system. Nervcell. 2011; 71: 9-34. doi: 10.1016 / j.neuron.2011.06.004. [PubMed] [Cross Ref]
  81. Yoneyama N, Crabbe JC, Ford MM, Murillo A, Finn DA. Frivillig etanolförbrukning i 22 innavlade musstammar. Alkohol. 2008; 42: 149-160. doi: 10.1016 / j.alcohol.2007.12.006. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
  82. Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz MB, Shaw-Lutchman T, Berton O, Sim-Selley LJ, Dileone RJ, Kumar A, Nestler EJ. En viktig roll för DeltaFosB i kärnan accumbens i morfin åtgärder. Nat Neurosci. 2006; 9: 205-211. doi: 10.1038 / nn1636. [PubMed] [Cross Ref]